第四章 金属材料(下)铸铁和有色金属

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1、第四章金属材料铸铁和有色金属铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。第二节铸铁铸铁是历史上使用得较早的材料，也是最便宜的金属材料之一。同时它具有优良的铸造性、切削加工性、减摩性、吸振性、低的缺口敏感性、生产简便、成本低廉等优点，是应用最广泛的材料之一。比如，在汽车发动机中，铸铁占80%。同钢一样，铸铁也是Fe、C元素为主的铁基材料，但是它含碳量很高（碳含量大于2.11％），达到亚共晶、共晶或过共晶成分，而且铸铁成型制成零件毛坯只能用铸造方法，不能用锻造或轧制方法。铸铁应用举例铸铁曲轴机床床身单缸柴油发动机缸体4.2.1铸铁分类铸铁分类方法较多，按铸

2、铁的使用性能、断口特点或成分特征，可将铸铁分为5类。1、灰口铸铁2、球墨铸铁3、白口铸铁4、可锻铸铁5、合金铸铁断口呈暗灰色，碳全部或大部分以片状石墨形式存在铁液经球化处理，石墨全部或大部分以球状形式存在断口呈银白色，碳除少量溶于铁素体外，其余以渗碳体形式存在白口铸铁通过石墨化或氧化脱碳的可锻过处理，石墨呈团絮状。虽有较高的韧性，但不可锻。低合金、中合金（5－10%）和高合金灰口铸铁白口铸铁球墨铸铁铸铁名称石墨形态基体组织编号方法牌号实例灰铸铁片状FHT+一组数字数字表示最低抗拉强度值（Mpa）“HT”表示灰铸铁代号HT100F+PHT150PHT200可锻铸铁团絮状FKTH+两

3、组数字KTB+两组数字KTZ+两组数字KTH300-06表F心PKTB350-04PKTZ450-06球墨铸铁球状FQT+两组数字第一组数字表示最低抗拉强度值，MPa；第二组数字表示最低伸长率值，%。“QT”表示球墨铸铁代号QT400-15F+PQT600-3PQT700-2蠕墨铸铁蠕虫状FRuT+一组数字数字表示最低抗拉强度值,MPa。“RuT”表示蠕墨铸铁代号RuT260F+PRuT300PRuT420铸铁的分类与牌号表示方法4.2.2铸铁的石墨化石墨是碳的单质之一，其强度、塑性、韧性几乎为零。铸铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态的渗碳体(Fe3C)和游离态的石墨(G

4、)两种形式存在。在前面介绍过Fe-Fe3C相图，按这张相图自液态冷却下来的Fe-C合金固态一般为铁素体及渗碳体两相。实际上渗碳体只是一个亚稳定相，石墨才是稳定相。因此描述铁碳合金组织转变的相图实际上有两个，一个是Fe-Fe3C系相图，另一个是Fe-G系相图。把两者迭合在一起，就得到一个双重相图。Fe-Fe3C相图L+GL+Fe3CFe-Fe3C和Fe-G双重相图D’1、铸铁的石墨化铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为石墨化。铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出,也可以由渗碳体加热时分解得到。石墨化分三个阶段液相冷却到C’D’后，开始析出一次石墨（GI）D’C’液相冷却E’C’F’

5、线后，开始发生共晶转变第一阶段LC’+G共晶AE’1154ºC第二阶段D’C’在共晶温度和共析温度之间（1154－738ºC），碳在奥氏体中的溶解度降低，开始析出二次石墨（GII）+GIIAS’AE’1154－738ºC第三阶段+G共析FP’738ºCAS’在共析温度时，发生共析转变铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系（以共晶铸铁为例）石墨化进行程度铸铁的显微组织铸铁类型第一、二阶段石墨化第三阶段石墨化完全进行完全进行F+G灰口铸铁部分进行F+P+G未进行P+G部分进行未进行Le’+P+G麻口铸铁未进行未进行Le’白口铸铁3、影响石墨化的因素（1）化学成分的影响碳和硅是强烈促进石墨

6、化的元素碳、硅含量过低，易出现白口组织，力学性能和铸造性能变差。碳、硅含量过高,会使石墨数量多且粗大，基体内铁素体量增多，降低铸件的性能。白口铸铁灰口铸铁碳、硅含量对铸铁石墨化的影响麻口铸铁碳、硅量控制范围：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si。Al、Cu、Ni、Co等元素对石墨化有促进作用S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻碍石墨化磷可微弱促进石墨化，但其含量高时易在晶界上形成硬而脆的磷共晶，降低铸铁的强度，只有耐磨铸铁中磷含量偏高(达0.3%以上)。（2）冷却速度的影响铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶将按Fe-G相图进行，因而促进石墨化。快冷时由于过冷度大，结晶

7、将按Fe-Fe3C相图进行,不利于石墨化铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响WC+Wsi(%)铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响4.2.3铸铁的特点及分类工业上使用的铸铁主要是灰口铸铁。1、铸铁的组织特点钢的基体+G（石墨）基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。F+GF+P+GP+G⑵耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。⑶消振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。⑷铸造性能好。由于铸铁硅含量高,成分接近于共晶.⑸切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘刀。2、铸铁的性能特点⑴力